制冷用熱力膨脹閥過熱度控制特性的應(yīng)用和研究

　　目前國內(nèi)制冷機(jī)的制冷系統(tǒng)普遍采用制冷劑的蒸汽壓縮循環(huán)方式，其中起著至關(guān)重要作用的節(jié)流元件--熱力膨脹閥的特性研究乏人問津，導(dǎo)致國內(nèi)很多同行對熱力膨脹閥的合理高效配置缺乏了解，對熱力膨脹閥的實(shí)際節(jié)能作用缺乏認(rèn)識(shí)。

　　其實(shí)，熱力膨脹閥在制冷系統(tǒng)中，除了把制冷劑從高壓通過節(jié)流轉(zhuǎn)換為低壓，實(shí)現(xiàn)制冷效果外，還有一個(gè)很重要的自動(dòng)控制流量的功能，這功能的優(yōu)化可在制冷劑運(yùn)行的整個(gè)制冰(降溫)過程中，保持制冷劑的蒸發(fā)吸熱過程在蒸發(fā)器中被充分利用，從而達(dá)到z*經(jīng)濟(jì)、z*有效的制冷效率，達(dá)到我們實(shí)在的節(jié)能目的，我們在對制冷機(jī)選用冷量匹配的膨脹閥的同時(shí)，對其工作過熱度的控制特性要求絕對不可以忽視。

　　我們大家知道，熱力膨脹閥流量的自動(dòng)調(diào)節(jié)是通過蒸發(fā)器出口處的過熱度控制的，該處的過熱度的大小可直接反映出蒸發(fā)器其蒸發(fā)面積的利用率，如果一個(gè)熱力膨脹閥運(yùn)行中能使該處的過熱度小，則表示蒸發(fā)面積的利用率高，也就是制冷效率高，假如該處的過熱度甚至為零，那么這蒸發(fā)器的蒸發(fā)面積利用率達(dá)到100%，相對來說就是制冷的時(shí)間會(huì)更短。

　　由于目前熱力膨脹閥包括其溫度傳感器的充注結(jié)構(gòu)特性，決定了閥本身的工作是必須在閥的一個(gè)開啟過熱度和一個(gè)工作過熱度下，對流入的制冷劑流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此，如何能保持閥在蒸發(fā)器整個(gè)降溫過程中，始終有一個(gè)較小的開啟過熱度，甚至是零過熱度下工作。則是我們對熱力膨脹閥的熱力特性的選擇及探討必須要進(jìn)行的一個(gè)課題。

　　現(xiàn)在國外知名公司的產(chǎn)品已經(jīng)提供了能滿足各種熱力特性要求的熱力膨脹閥，在我們國內(nèi)，雖然大部分的生產(chǎn)廠商還尚未掌握這方面的技術(shù)，但還是有些生產(chǎn)廠商具有各種熱力特性要求的制作經(jīng)驗(yàn)并有成功的產(chǎn)品(包括零過熱度)，在與國外知名公司產(chǎn)品的對比中并不遜色。如下測試曲線圖是國內(nèi)具有等過熱度特性的熱力膨脹閥在Bitzer實(shí)驗(yàn)室與Danfoss和Parker的同類產(chǎn)品同時(shí)作測試(圖一)，測試結(jié)果反映的降溫速度比Danfoss同類產(chǎn)品快，它在穩(wěn)定蒸發(fā)溫度工況時(shí)的溫度波動(dòng)只有4℃，而Danfoss同類產(chǎn)品為10℃(圖二)，整個(gè)測試說明國產(chǎn)的產(chǎn)品動(dòng)作晌應(yīng)好、滑動(dòng)系數(shù)低、低溫過熱度小。充注等各性能指標(biāo)都可以優(yōu)于國外d*公司產(chǎn)品。

　　圖一

　　圖二

　　熱力膨脹閥自動(dòng)調(diào)節(jié)流量的熱力特性有以下幾種：

　　A、同工質(zhì)充注的閥，即閥的熱力傳感器(稱作溫包)中單純充注與機(jī)組同樣的制冷工質(zhì)，這是z*原始的充注方式，在溫包中，工質(zhì)的溫度壓力變化與制冷機(jī)組中的制冷劑溫度壓力變化是平行的，由于大多數(shù)的制冷工質(zhì)其溫度與對應(yīng)的壓力不呈線性關(guān)系，因此在不同的蒸發(fā)溫度點(diǎn)上，閥的開啟過熱度不僅變化而且很大。見下圖，在低溫端的△t1遠(yuǎn)比高溫端的△t2要大。

　　圖三

　　比如有的生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品，出廠調(diào)試時(shí)，在0℃設(shè)定開啟過熱度3.5K，但當(dāng)偏離此點(diǎn)后，其原設(shè)定的開啟過熱度均會(huì)變大，甚至降溫至-20℃以下時(shí)，開啟過熱度將超過10K，只有在其設(shè)定值0℃點(diǎn)上下幾度時(shí)，才符合3.5K左右的過熱度，這意味著蒸發(fā)器的面積越是到低溫時(shí)越是沒被充分利用，制冷效率越來越低，制冷時(shí)間長。圖四是該產(chǎn)品在不同蒸發(fā)溫度點(diǎn)時(shí)的開啟過熱度實(shí)測曲線，從圖中可明顯的看出來。

　　圖四

　　B、現(xiàn)在具有等過熱度開閥特性的熱力膨脹閥是各種講究效率的制冷機(jī)必備的，所謂等過熱度是指閥在運(yùn)行過程中，在不同的蒸發(fā)溫度點(diǎn)時(shí)，能始終自動(dòng)維持原設(shè)定的開啟過熱度，它采用的是混合充注的方法，能夠與溫包感受到的溫度保持等溫差跟蹤。與同工質(zhì)充注的閥相比，它在低蒸發(fā)溫度時(shí)，仍然保持在設(shè)定的開啟過熱度，使制冷機(jī)運(yùn)行至低溫時(shí)，蒸發(fā)器的面積利用仍然處于正常狀態(tài)。目前，適用于各種制冷劑的等過熱度膨脹閥，在其整個(gè)蒸發(fā)溫度范圍內(nèi)，過熱度的波動(dòng)可以做到不超過±1K。圖五是國內(nèi)某生產(chǎn)廠商TI-R22型熱力膨脹閥感受不同蒸發(fā)溫度點(diǎn)時(shí)的過熱度測試圖，從實(shí)測的結(jié)果看，明顯在整個(gè)蒸發(fā)溫度工況下，開啟過熱度基本不變。

　　圖五

　　C、隨著制冷機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，蒸發(fā)器過液的技術(shù)得到解決，設(shè)計(jì)師不用過份擔(dān)心液擊沖缸，則可以盡可能的降低蒸發(fā)器的過熱度，以求取得蒸發(fā)器的蒸發(fā)面積充分利用，尤其是運(yùn)行在低溫工況及要求的制冰溫度時(shí)，蒸發(fā)器中的制冷劑的供液量大大減少，此時(shí)，適當(dāng)?shù)臏p小閥的開啟過熱度，甚至到零，這樣會(huì)減緩供液量減少的速度，即適當(dāng)?shù)脑龃罅酥评鋭┑牧髁?，相?dāng)于增加了制冷能力，會(huì)使制冰的時(shí)間縮短，具有這種熱力特性即隨著蒸發(fā)溫度下降，閥的開啟過熱度亦變小的熱力膨脹閥，現(xiàn)在制冰機(jī)中選用較多，這種特性的閥在國內(nèi)目前幾乎很少有廠商在生產(chǎn)，制冷機(jī)廠商一般均采購進(jìn)口產(chǎn)品，其實(shí)我們國產(chǎn)已有這種熱力特性的，用于R22(R134a)系統(tǒng)5冷噸以下的熱力膨脹閥(圖六)，在國內(nèi)某生產(chǎn)廠商的CM105和CM85型制冰機(jī)上應(yīng)用，其要求從常溫水到卸冰的時(shí)間低于40分鐘的效果與Danfoss的TDN1型熱力膨脹閥不相上下，由于關(guān)鍵的充注技術(shù)已被解決，相對來說該產(chǎn)品的生產(chǎn)成本也不會(huì)太高。圖七是國產(chǎn)TD-1.1/5型隨蒸發(fā)溫度下降而開啟過熱度亦變小的熱力膨脹閥和丹佛斯產(chǎn)品比較的過熱度測試圖。

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